Đề cương Công Nghệ Vi Sinh

1. các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy bề mặt. Ưu và nhược điểm của phương pháp này2. các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy chìm. Ưu và nhược điểm của phương pháp này3. các ứng dụng thực tế của công nghệ vi sinh trong đời sống và sản xuất4. phân loại các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong công nghệ vi sinh theo phương thức dinh dưỡng5. Yêu cầu của giống vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm từ chúng6. Trình bày các phương pháp bảo quản giống vi sinh vật?7. các yêu cầu và quá trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp8. các bước của một quá trình lên men công nghiệp9. phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học in situ 10. phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học ex situ...

ĐỀ CƯƠNG CÔNG NGHỆ VI SINH

Câu 1: Hãy nêu các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy bề mặt Ưu và nhược điểm của phương pháp này?

• Các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật:

- Nuôi cấy bề mặt: + Nuôi cấy trên bề mặt rắn

+ Nuôi cấy trên bề mặt bán rắn

- Nuôi cấy chìm: + Lên men theo mẻ

+ Lên men theo mẻ cộng cơ chất + Lên men liên tục

- Nuôi cấy liên tục + Đơn cấp

- Thích hợp cho các quá trình nuôi nấm mốc, xạ khuẩn – nhóm vi sinh vật sinh trưởng thành hệ

sợi và một vài trường hợp vi khuẩn

- Giống vi sinh vật hiếu khí sau khi gieo cấy sẽ phát triển trên bề mặt và dần dần lan xuống phía

dưới theo các kẽ hở giữa các cấu tử thành phần môi trường

- Vi sinh vật sử dụng O2 của không khí để hô hấp và làm tác nhân oxy hóa trong các quá trình

biến đổi hóa sinh, đồng thời thải CO2 ra môi trường xung quanh và toả nhiệt

• Môi trường nuôi cấy

- Môi trường rắn và xốp, nguyên liệu thường dùng là cám gạo, đôi khi dùng gạo tấm, ngô, bã

bia, bã củ cải đường, khoai tây, lõi ngô… hoặc hỗn hợp các nguyên liệu này

Nguyên liệu làm môi trường hay dùng nhất là cám, nhất là cám mì Cám trấu làm xốp môi trường,

tăng độ hiếu khí cho vi sinh vật nuôi

Nguồn cacbon cho môi trường dinh dưỡng chính là các loại hạt như ngô, gạo, mì, bobo, đại mạch, đậu

tương… được nghiền vỡ thành mảnh có kích thước khoảng 1-3 mm, trộn với cám gạo, cám mì, trấu

Bổ sung thêm các nguồn nito, photpho, kali hoặc các chất kích thích sinh trưởng như mầm mạ, dịch

khoai tây, cao ngô…

- Môi trường lỏng như dịch rỉ đường

• Các bước tiến hành

1 Chuẩn bị môi trường (trộn các thành phần với nước cho đều so cho độ ẩm 55 – 60%)

2 Hấp thanh trùng môi trường (1- 1,5 atm; 45 – 60’)

3 Cấy vi sinh vật vào khối môi trường thanh trùng đã để nguội (tỷ lệ 0,2 – 2%)

4 Ủ thành đống vài giờ

5 Đưa môi trường đã cấy vi sinh vật vào khay nuôi (độ dày môi trường 2 – 5 cm)

Lưu ý:

- Khi vi sinh vật phát triển sẽ thải CO2, tỏa nhiệt ra xung quanh làm nóng và khô môi trường, hệ

sợi làm cho môi trường kết thành tảng Khi đó cần phải thông gió, phun mù hoặc làm ẩm trực tiếp, lật

khối môi trường nuôi cấy hoặc bẻ nhỏ

- Buồng nuôi cấy có các giá khê khay, có bộ phận gia nhiệt và làm mát, bộ phận phun mù bằng

nước để giữ đổ ẩm tương đối của không khí là 90% để tránh làm khô môi trường

- Phương pháp đơn giản

- Không đòi hỏi cao về trang thiết bị

- Tốn diện tích mặt bằng

- Khó cơ khí hóa, tự động hóa toàn bộ quá trình

- Chi phí nhân công, điện nước cho một đơn vị sản phẩm cao

Câu 2: Hãy nêu các phương pháp nuôi cấy vi sinh vật và trình bày phương pháp nuôi cấy chìm Ưu và nhược điểm của phương pháp này?

Phương pháp nuôi cấy chìm:

• Phạm vi ứng dụng

- Phương pháp dùng cho cả vi sinh vật kị khí và hiếu khí

- Đối với nuôi vi sinh vật kị khí: không cần sục khí, chỉ thỉnh thoảng khuấy trộn

- Với vi sinh vật hiếu khí thì phải sục khí liên tục

- Vi sinh vật cấy vào môi trường được phân tán khắp mọi điểm

- Chung quanh bề mặt tế bào được tiếp xúc với dịch dinh dưỡng

- Trong suốt quá trình nuôi cấy phải khuấy và cung cấp ôxy bằng cách sục khí liên tục

Lưu ý: Các trang thiết bị của nuôi cấy chìm phải đảm bảo:

- Cung cấp đủ oxy hòa tan cho nhu cầu sinh trưởng và tạo thành sản phẩm

- Vừa khuấy trộn liên tục mà vẫn đảm bảo không bị tạp khuẩn xâm nhập

- Hoạt động trong điều kiện áp lực dư cao hơn bên ngoài

+ Theo dõi sự tạo bọt trong lên men và có biện pháp phá bọt: Các bọt khí gây cản trở sự tiếp xúc

giữa tế bào với môi trường dinh dưỡng, gây tạp nhiễm môi trường lên men khi trào ra khỏi nồi lên

men Do đó, cần phải sử dụng các chất phá bọt như dầu thực vật, mỡ cá heo… và các chất được tổng

hợp bằng con đường hóa học

+ Điều chỉnh pH của môi trường lên men bằng các dung dịch NaOH, HCl, Urea… hay bổ sung

dung dịch đệm phosphate để ổn định pH môi trường

+ Theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ của môi trường lên men: trang bị hệ thống làm nóng và làm

nguội bằng nước chảy quanh nồi hoặc đưa vào trong nồi dưới dạng các ống ruột gà làm nguội

+ Tiếp thêm nguyên liệu và bổ sung các chất tiền thể: Một số chất không cho phép đưa vào môi

trường ngay từ đầu với nồng độ cao (như đường) mà phải bổ sung làm nhiều đợt với nồng độ thấp

+ Thường xuyên kiểm tra độ tạp nhiễm của vsv khác, xác định thời gian lên men để đảm bảo thu

sản phẩm với hiệu suất cao

• Các bước tiến hành chung

1 Giống trong ống nghiệm được chuyển sang bình Roux với môi trường nuôi cấy sơ bộ

2 Chuyển sang bình tam giác để nhân giống cấp 1, nuôi lắc

3 Chuyển sang nồi nhân giống cấp 2, không khí được lọc trước khi đưa vào nồi

4 Chuyển sang nồi lên men chìm có thể tích lớn hơn

Câu 3: Nêu các ứng dụng thực tế của công nghệ vi sinh trong đời sống và sản xuất?

• Ứng dụng trong y học: tạo ra nhiều loại dược phẩm quan trọng với quy mô công nghiệp từ đó góp

phần quan trọng trong chuẩn đoán và điều trị nhiều loại bệnh hiểm nghèo cho con người, gia súc

gia cầm

- Insulin: là một protein được tuyến tụy tiết ra nhằm điều hòa lượng đường trong máu

- Kich tố sinh trưởng HGH – human growth hormone: HGH được tạo ra từ tuyến yên Từ năm

1983 CNVS đã sản xuất thành công lượng HGH từ E.Coli được tái tổ hợp di truyền với tên

thương mại là Protropin, trung bình 1lít dịch lên men E.Coli thu được lương tương ứng với 60

tử thi

- Chất kháng sinh: Đến nay người ta đã tìm thấy có hơn 2500 loại thuốc KS với cấu trúc phân

tử đa dạng và chủ yếu trong dó có nguồn gốc từ VSV

VD: Penixillin từ nấm Penicillium chrysogenum, Tetraxiclin từ nấm Streptomyces erytreus, Streptomixin từ nấm Streptomyces griseus

- Protein tái tổ hợp: Interleukin -2 , interferon,

+ Interferon: có bản chất là protein, chúng giúp cho cơ thể chống lại được nhiều loại bệnh + Interleukin – 2: ở người đây là một chất có khả năng kìm hãm sự phát triển của các khối u vàcác tế bào ung thư

• Ứng dụng trong nông nghiệp:

- Cải tạo giống cây trồng

• Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm: Từ lâu con người đã biết lợi dụng VSV làm sữa chua từ

sữa bò, ngựa, biết làm nở bánh mỳ từ nấm men, biết làm phomat, muối dưa, làm dấm, nấu rượu,cất cồn, nấu bia và ử sâm panh

- Thực phẩm lên men: chuyển hóa glucozo thành etanol, lên mem lactic làm dưa chua, sữa chua,sản xuất bia rượu nhờ nấm men, phomat

- SD VSV để SX ra các aa, đặc biệt là các aa không thay thế và protein cùng với vitamin ngày

càng có ý nghĩa to lớn

- Các enzyme VSV được ứng dụng ngày càng nhiều nhất là trong CNTP và CN đồ uống

Lactobacillus sakei: được nhắc đến đầu tiên là loại vi khuẩn có trong rượu của Nhật, rượu saké,

xuất phát từ tên gọi của nó

Câu 4: Hãy phân loại các nhóm vi sinh vật được sử dụng trong công nghệ vi sinh theo phương thức dinh dưỡng Nhóm vi sinh vật nào được sử dụng nhiều nhất và tại sao?

1 Dựa vào nguồn chất dinh dưỡng

+ Nguồn dinh dưỡng cacbon

a Tự dưỡng cacbon :

Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng này có khả năng đồng hoá CO2 hoặc các muối cacbonat để tạo

nên các hợp chất cacbon hữu cơ của cơ thể Một số loài như vi khuẩn nitrat hoá chỉ có thể sống trên

nguồn cacbon vô cơ là CO2 hoặc muối cacbonat gọi là tự dưỡng bắt buộc Một số có khả năng sống

trên nguồn cacbon vô cơ hoặc hữu cơ gọi là tự dưỡng không bắt buộc

b Dị dưỡng cacbon

Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng này không có khả năng đồng hoá các hợp chất cacbon vô cơ

như CO2, muối cacbonat Nguồn dinh dưỡng cacbon bắt buộc đối với chúng phải là các hợp chất hữu

cơ, thường là các loại đường đơn

Nhóm này lại được chia làm 2 nhóm dựa vào nhu cầu các chất hữu cơ : nhóm Protptroph chỉ yêu cầu

một nguồn đường duy nhất và các loại muối khoáng Nhóm Auxotroph ngoài đường và các loại muối

khoáng còn đòi hỏi các chất sinh trưởng nhất định như vitamin, axit amin hay các bazơ purin hoặc

purimidin

+ Nguồn dinh dưỡng nitơ :

c Tự dưỡng amin

Các vi sinh vật thuộc nhóm tự dưỡng amin có khả năng tự tổng hợp các axit amin của cơ thể từ các

nguồn nitơ vô cơ hoặc hữu cơ, các muối amon của axit hữu cơ thích hợp hơn muối amôn của axit vô

cơ Vì ở các muối amôn vô cơ, sau khi phần NH4+ được vi sinh vật hấp thụ, phần anion còn lại như

SO42-, Cl- sẽ kết hợp với ion H+ có trong môi trường tạo thành các axit làm cho pH môi trường giảm

xuống Thuộc nhóm tự dưỡng amin bao gồm một số nhóm như nhóm vi khuẩn cố định nitơ, nhóm vi

khuẩn amôn hoá, nitrat hoá v.v

d Dị dưỡng amin

Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng này không có khả năng tự tổng hợp các axit amin cho cơ thể màphải hấp thụ các axit amin có sẵn từ môi trường Thuộc nhóm này gồm có các vi khuẩn ký sinh và các

vi khuẩn gây thối háo khí Chúng có khả năng tiết ra men poteaza để phân huỷ phân tử protein thànhcác axit amin rồi hấp thụ vào tế bào

2 Dựa vào nguồn năng lượng

Dựa vào nguồn năng lượng người ta còn chia các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật ra các loại sau :

+ Dinh dưỡng quang năng (quang dưỡng)

Vi sinh vật thuộc nhóm này có khả năng sử dụng trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời Thuộcnhóm này lại có 2 nhóm nhỏ :

a Dinh dưỡng quang năng vô cơ : còn gọi là tự dưỡng quang năng Vi sinh vật thuộc nhóm này có khảnăng dùng các chất vô cơ ngoại bào để làm nguồn cung cấp electron cho quá trình tạo năng lượng của

tế bào Thuộc nhóm này bao gồm các loại vi khuẩn lưu huỳnh Chúng sử dụng các hợp chất lưu huỳnhlàm nguồn cung cấp electron trong các phản ứng tạo thành ATP của cơ thể

b Dinh dưỡng quang năng hữu cơ : Vi sinh vật thuộc nhóm này có khả năng dùng các chất hữu cơ làmnguồn cung cấp eletron cho quá trình hình thành ATP của tế bào

Vi sinh vật thuộc cả 2 nhóm trên đều có sắc tố quang hợp, chính nhờ sắc tố quang hợp mà vi sinh vậtthuộc nhóm này có khả năng hấp thu năng lượng mặt trời, chuyển hoá thành năng lượng hoá học tíchluỹ trong phân tử ATP Sắc tố quang hợp ở vi khuẩn không phải clorofil như ở cây xanh mà bao gồmnhiều loại khác nhau như Bacterilchlorifil a, b, c, d mỗi loại có một phổ hấp thụ ánh sáng riêng

+ Dinh dưỡng hoá năng (hoá dưỡng)

Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng hoá năng có khả năng sử dụng năng lượng chứa trong các hợp chấthoá học có trong môi trường để tạo thành nguồn năng lượng của bản thân

c Dinh dưỡng hoá năng vô cơ

Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng hoá năng vô cơ còn gọi là nhóm tự dưỡng hoá năng

Nó có khả năng sử dụng năng lượng sinh ra trong quá trình ôxy hoá một chất vô cơ nào đó để đồnghóa CO2 trong không khí tạo thành các chất hữu cơ của tế bào Trong trường hợp này chất cho eletron

là chất vô cơ, chất nhận eletron là oxy hoặc một chất vô cơ khác

Trong số các vi khuẩn háo khí thuộc nhóm này có Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus , vi khuẩn kị khí gồm có : Thiobacillus denitrificant, Micrococcus denitroficans

d Dinh dưỡng hoá năng hữu cơ

Vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng này còn gọi là nhóm dị dưỡng hoá năng Chúng sử dụng hợp chấthữu cơ trong môi trường làm cơ chất oxy hoá sinh năng lượng.Trong trường hợp này, chất cho eletron

là chất hữu cơ Chất nhận eletron của những vi sinh vật háo khí là oxy, ở những vi sinh vật kỵ khí làchất hữu cơ hoặc vô cơ

Ở trường hợp chất nhận eletron là chất hữu cơ người ta thường gọi là quá trình lên men Trường hợpchất nhận eletron là chất vô cơ người ta mới chỉ phát hiện ở 2 loại vi khuẩn : vi khuẩn phản natri hoá,

chất nhận điện tử là NO3-, vi khuẩn phản sunfat hoá, chất nhận điện tử là SO42- Hai trường hợp nàycòn gọi là hô hấp nitrat và hô hấp sunfat.

Câu 5: Yêu cầu của giống vi sinh vật trong sản xuất các sản phẩm từ chúng?

Yêu cầu về chất lượng giống vi sinh vật sửdụng trong công nghệ lên men

+ Giống phải tạo ra sản phẩm chính có năng suất cao, sản phẩm phụ ít

+ Sử dụng được các nguồn nguyên liệu rẻ tiền

+ Sau khi lên men dễ tách khỏi sinh khối

+ Là chủng vi sinh vật thuần khiết, không lẫn vi sinh vật khác

+ Có khả năng thích ứng và sinh sản mạnh

+ Thời gian lên men ngắn, hiệu suất cao

+ Dễ bảo quản và bảo tồn được đặc tính di truyền trong suốt thời gian bảo quản và sử dụng

Yêu cầu chọn giống vi sinh vật cho sản xuất công nghiệp

 Chủng vi sinh vật phải thuần, không chứa vi sinh vật gây nhiễm khác

 Phải đảm bảo khả năng tạo thành sản phẩm với năng suất cao, chất lượng tốt, không tạo ra sảnphẩm phụ không mong muốn

 Khả năng sử dụng nguyên liệu dễ kiễm và rẻ tiền như các phụ phẩm, các nguyên liệu thô Trên cơ

sở này vi sinh vật phải sinh trưởng nhanh và sản sinh lượng sinh khối lớn, ổn định Khả năng tách

dễ dàng các tế bào hay các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men

 Phải thể hiện tính không mẫn cảm với vi sinh vật tạp nhiễm hay thực khuẩn thể

 Cùng với thời gian chủng sản xuất phải bảo toàn được đặc tính hóa sinh ban đầu

 Chủng vi sinh vật có khả năng thay đổi đặc tính bằng các kỹ thuật di truyền để không ngừng nângcao năng suất

Việc chọn giống thường không phải bao giờ cũng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên.

Câu 6: Trình bày các phương pháp bảo quản giống vi sinh vật?

1 Phương pháp cấy truyền định kỳ lên môi trường mới:

- Phương pháp này áp dụng để bảo quản tất cả các loại vi sinh vật

- Đây là phương pháp bảo quản đơn giản, các chủng vi sinh vật được cấy trên môi trường thích hợp(dịch thể hay trên thạch) trong ống nghiệm hay bình tam giác và để trong điều kiện thích hợp cho visinh vật phát triển Sau đó các chủng vi sinh vật này được chuyển đến nơi bảo quản có nhiệt độ thíchhợp Quá trình này được lặp lại trong một thời hạn nhất định, đảm bảo chủng vi sinh vật luôn đượcchuyển đến môi trường mới trước khi già và chết

- Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản, dễ làm, thời gian bảo quản không lâu

- Nhược điểm:

+ Tốn môi trường, công sức và thời gian

+ Phẩm chất ban đầu của giống có thể bị thay đổi do nhiều nguyên nhân khó xác định cụ thể trongquá trình cấy truyền

2 Phương pháp giữ giống trên môi trường thạch có lớp dầu khoáng:

- Yêu cầu của phương pháp này là sử dụng dầu khoáng như parafin lỏng hay vazơlin phải trung tính,

có độ nhớt cao, không chứa các sản phẩm độc với visinh vật và vô trùng

* Đổ lên bề mặt môi trường parafin, dầu vazơlin

* Cấy trích sâu vào môi trường đặc

* Nuôi cấy trong bình hút chân không

* Nuôi trong ống nghiệm đặc biệt sau khi hút lên không và hàn kín lại

* Đun sôi môi trường một thời gian để loại hết O2.Để nguội 45oC Dùng ống hút cấy vi sinh vật vàođáy ống nghiệm Làm nguội thật nhanh rồi đổvazơlin lên bề mặt để hạn chế sự tiếp xúc với O2

+ Đổ lên bề mặt môi trường có vi sinh vật phát triển tốt một lượng dầu cách mép trên ống nghiệm 1cm

+ Dùng parafin đặc hàn kín miệng ống, bình nuôi VSV

- Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản nhưng hiệu quả cao nhờ khả năng làm chậm quá trình bi ếndưỡng và hô hấp nên vi sinh vật phát triển chậm lại Môi trường không bị mất nước và khô

3 Phương pháp giữ giống trên đất, cát, hạt

* Trên đất, cát: Dùng để bảo quản các chủng tạo bào tử tiềm sinh (hoặc bào tử vô tính) với thời gian

bảo quản từ một đến nhiều năm

- Cách bảo quản:

+ Đất, cát đem rây để lấy hạt đều và ngâm trong HCl hay H2SO4 đậm đặc 8 - 12h để loại bỏ các axithữu cơ trong cát Sau đó, rửa kỹ và giữ ở điều kiện vô trùng, sấy khô và giữ ở điều kiện vô trùng+ Đổ đầy cát vào ống nghiệm có vi sinh vật phát triển trên môi trường thạch và lắc thật đều, rót toàn

bộ cát lẫn vi sinh vật vào 1 ống nghiệm khác, hàn kín miệng ống nghiệm này sẽ bảo quản được rất lâu

* Trên hạt: Dùng để bảo quản các chủng có dạng hình sợi sinh bào tửhoặc không Thời gian bảo quản

4 Phương pháp đông khô:

- Là phương pháp phổ biến có hiệu quả cao cho bảo quản các đối tượng vi sinh vật khác nhau như nấmsợi, nấm men, vi khuẩn và một số virut

- Vi sinh vật được huyền phù trong môi trường thích hợp và được làm lạnh trong môi trường chânkhông Thiết bị đông khô sẽ hút nước và cuối cùng mẫu được làm khô đến mức nhất định.Mẫu đượchàn kín để cho môi trường chứa mẫu là chân không

- Phương pháp này làm cho tế bào mất nước ở trạng thái tự do Đồng thờilàm giảm, thậm chí làmngừng hẳn quá trình phân chia của vi sinh vật Nhờ đóchúng có khả năng chịu được nhiều tác độngcủa ngoại cảnh

- Phương pháp này dùng nhiều trong sản xuất, thời gian bảo quản lên tới vài chục năm

5 Phương pháp bảo quản lạnh sâu

- Có hiệu quả với nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau như nấm sợi, nấm men, vi khuẩn, xạ khuẩn vàvirut, nhưng thường được dùng với các chủng vi sinh vật có những đặc tính quý mà không thích hợpvới phương pháp đông khô

- Vi sinh vật được bảo quản trong môi trường dịch thể và nước cần cho hoạt động sống của vi sinh vật

bị bất hoạt ở nhiệt độ lạnh sâu (-196°C -> -80 °C)

- Tế bào có thể bị vỡ trong quá trình làm lạnh và làm tan mẫu Do tích luỹ các chất điện giải trong mẫubảo quản và hình thành các tinh thể nước trong tế bào

- Vì vậy, người ta đã bổ sung các chất làm hạn chế tốc độ lạnh sâu và làm tan nhanh như glycerol,DMSO (dimethyl sulfoxide)

- Việc bảo quản theo phương pháp lạnh sâu này được thực hiện ở các thang nhiệt độ khác nhau như-20° C, -30° C, -40° C, -70° C, -140°C và -196°C.

Câu 7: Anh/chị hãy cho biết các yêu cầu và quá trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp?

Muốn có sản phẩm tốt, ngoài quy trình công nghệ thì khâu giống là quan trọng nhất, nó quyết địnhchất lượng sản phẩm và giá trị kinh tế của quy trình công nghệ sản xuất

Trong công nghệ lên men, người ta sử dụng rộng rãi nhiều loại vi sinh vật thuộc nhóm Prokaryote (vikhuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam) và nhóm Eukaryote (nấm men, nấm mốc, tảo)

1 Các tiêu chí để chọn giống vi sinh vật cho sản xuất công nghiệp

Một chủng vi sinh vật dùng cho công nghiệp cần đáp ứng nhu cầu sau:

 Chủng vi sinh vật phải thuần, không chứa vi sinh vật gây nhiễm khác

 Phải đảm bảo khả năng tạo thành sản phẩm với năng suất cao, chất lượng tốt, không tạo ra sảnphẩm phụ không mong muốn

 Khả năng sử dụng nguyên liệu dễ kiễm và rẻ tiền như các phụ phẩm, các nguyên liệu thô Trên cơ

sở này vi sinh vật phải sinh trưởng nhanh và sản sinh lượng sinh khối lớn, ổn định Khả năng tách

dễ dàng các tế bào hay các sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men

 Phải thể hiện tính không mẫn cảm với vi sinh vật tạp nhiễm hay thực khuẩn thể

 Cùng với thời gian chủng sản xuất phải bảo toàn được đặc tính hóa sinh ban đầu

 Chủng vi sinh vật có khả năng thay đổi đặc tính bằng các kỹ thuật di truyền để không ngừng nângcao năng suất

Việc chọn giống thường không phải bao giờ cũng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên.

2 Quá trình tuyển chọn giống vi sinh vật công nghiệp

Bước 1: Phân lập giống vi sinh vật thuần chủng.

Để chọn được giống vi sinh vật thuần chủng, bước đầu tiên là phân lập chúng từ các nguồn tựnhiên như: nước, không khí, đất, các mô động thực vật,các vật liệu hữu cơ vô cơ đã bị phân hủy ítnhiều Sử dụng phương pháp sàng lọc để phân lập ra chủng vi sinh vật

Nguyên lý của phương pháp:

- Trước hết kiểm tra sơ bộ hỗn hợp các giống vi sinh vật từ mẫu tự nhiên ban đầu, tiến hành làm cáchuyền phù pha loãng với tỷ lệ nhất định

- Gieo trên mặt đĩa petri đưng môi trường thạch dinh dưỡng và đã cấy một chủng vi sinh vật kiểm định

có tác dụng đối kháng (tác nhân chọn lọc) hoặc cấy trên môi trường dinh dưỡng có chứa chất chọn lọc

- Chỉ có những chủng nào sinh chất đối kháng với chủng kiểm định, nghĩa là sau khi nuôi sẽ tạo ravùng ức chế đặc hiệu trên đĩa thạch hoặc sống được trên môi trường chọn lọc Ta tách khuẩn lạc vàđem nuôi cấy, thử chất sinh ra, thử hoạt tính enzyme và xác định tiếp theo

Bước 2: Tạo giống vi sinh vật công nghiệp

- Các chủng thu được qua phân lập ở trên được gọi là chủng nguyên thủy hay chủng tự nhiên

- Các chủng này chưa hẳn đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu dùng cho sản xuất công nghiệp

- Thông thường các chủng này được nghiên cứu tuyển chọn tiếp dựa vào điều kiện sinh lý, sinh hóa vàcác điều kiện thích hợp để sao cho nó có hoạt tính cao và thực hiện được quá trình lên men có tínhkinh tế

- Để tạo các chủng vi sinh vật có hoạt tính cao ngoài ra còn sử dụng phương pháp đột biến, bằngphương pháp sử dụng kỹ thuật di truyền

+ Trong phương pháp đột biến, các tác nhân đột biến được sử dụng như tia X, tia UV, tia gamma hoặccác hóa chất gây đột biến như ethylenimin, axit nitric, nitro-guanidin…Bằng phương pháp gây độtbiến tạo nhiều biến đổi về gen, sau đó chọn lọc định hướng các chủng có hoạt tính cao

+Kỹ thuật di truyền: tạo chủng tái tổ hợp có khả năng sinh tổng hợp enzyme cao bằng cách chọn dònggen enzyme mong muốn và sử dụng vectơ là các plasmid để biến nạp tạo chủng tái tổ hợp có năngsuất cao.

Câu 8: Mô tả các bước của một quá trình lên men công nghiệp?

Chế tạo môi trường

Bao gói và thương mại

- Giống vi sinh vật: giống vi sinh vật có vai trò rất quan trọng trong lên men, trong công nghệ

lên men người ta thường sử dụng nhiều loại sinh vật thuộc nhóm Prokaryote ( vi khuẩn, xạ khuẩn , vikhuẩn lam ) và Eukaryote ( nấm men, nấm mốc…

Tiêu chuẩn khi chọn giống: có khả năng sinh tổng hợp tạo sinh khối với hiệu suất cao, có khả năng

sử dụng các nguyên liệu rẻ tiền, dể kiếm như phụ phẩm, các phế thải , trong quá trình len men khôngtạo sản phẩm ngoài mong muốn, ít mẫn cảm với sự tạp nhiễm do vi sinh vật khác, sản phẩm sinh khối

có thể tách dẽ dàng…

Trong quá trình sản xuất thường xuyên kiểm tra độ thuần khiết của giống, khả năng hồi biến của giống, hoạt hóa giống sau một thời gian sử dụng và kết hợp giữ giống bằng các phương pháp thích hợp Tùy thuộc vào giống, thời gian giữ giống và mục đích sử dụng mà lựa chọn phương pháp giữ giốngthích hợp Có thể giữ giống bằng các phương pháp như: bảo quản trên môi trường thạch, trong cáthoặc đất sét vô trùng, bằng phương pháp lạnh đông và bằng phương pháp đông khô.

- Nhân giống:

Trong quy trình lên men, tùy tùng chủng giống vi sinh vật khác nhau mà cần cơ chất và môi trườngkhác nhau Trong công nghiệp, nhân sinh khối vi sinh vật theo các bước :

+ Trong phòng thí nghiệm( nhân giốn cấp 1)

Cấy giống vi sinh vật thuần khiết từ ống giống, nhân trong môi trường dinh dưỡng chuyên tính vôtrùng trong phòng thí nghiệm nhằm đáp ứng đủ lượng giống càn thiết cho bước tiếp theo

+ Ở xưởng sản xuất

Nhân một lượng giống lớn để đáp ứng cho khâu giống trong sản xuất Từ giống cấp 1,2,3 trong nồi lênmen hay trong cơ chất đặc Khi kết thúc mỗi khâu nhân giống, cần kiểm tra độ thuần và mật độ giống

- Lên men

+ Lên men bề mặt : là nuôi cấy vi sinh vật trên bề mặt môi trường dịch thể hoặc bán rắn

Nuôi cấy trên bề mặt dịch thể ( dùng cho vi sinh vật hiếu khí ): tùy từng loại sinh vật khác nhau màchọn môi trường thích hợp khác nhau Môi trường pha loãng với nồng độ thích hợp sau đó bổ sungnguồn dinh dưỡng N, C, dinh dưỡng khoáng,.Môi trường cho vào thiết bị lên men cần có bề mặtthoáng rộng

Nuôi cấy bề mặt sử dụng môi trường bán rắn : nuôi sinh vật hiếu khí, bán khí, kị khí Nguyên liệu làthóc, gạo nếp, đậu tương, mảnh sắn…… bã mía, trấu, cọng rơm ra…

Với các nguyên liệu có chứa tinh bột trước khi sử dụng phải nấu chín Ngoài các nguyên liệu nói trêncàn bổ sung dinh dưỡng thích hợp và môi trường để cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật trong quá trìnhnhân sinh khối Với sinh vật hiếu khí cần có quạt thổi khí vô trùng.Độ ẩm 60-70% và độ ẩm không khí90-100%

+ Lên men chìm : dung cho sinh vật hiếu khí và kị khí Vi sinh vật được nuôi cấy ở môi trường dịchthể, sẽ phát triển theo chiều đứng của cột môi trường Trong quá trình lên men cần chú ý :

• Thực hiện quá trình khuấy đảo và sục khí : Nhằm tăng tiếp xúc giữa tế bào và môi trường dinhdưỡng, ngăn cản sự kết lắng của tế bào Trong thiết bị lên men thường lắp hệ thống cánhkhuấy Ngoài ra đối với sinh vật hiếu khí có hệ thống sục khí

• Theo dõi sụ tạo bọt của quá trình lên men và có biện pháp phá bọt Khi tiến hành khuấy đảo vàsục khí mạnh lien tục, trong nồi lên men sẽ tạo bọt, nó có thể trào ra khỏi nồi lên men gây tạpnhiễm, cản trở sự tiếp xúc vi sinh vật và môi trường dinh dưỡng Trong quá trình lên men cầnkiểm soát và phá hủy chúng bằng dung các chất tự nhiên như dầu thực vật, mỡ cá heo…

• Điều chỉnh pH của môi trường lên men: Trong quá trình lên men xảy ra quá trình trao đổi chấtlàm pH môi trường luôn thay đổi, mỗi sinh vật có một pH tối ưu cho hoạt động hoặc trong cácgiai đoạn khác nhau yêu cầu pH khác nhau Cần diều chỉnh pH phù hợp với yêu cầu người tathương bổ sung các dung dịch vô trùng như HCl, NaOH , dịch đệm photphate

• Theo dõi điều chỉnh nhiệt độ môi trường lên men : Mỗi sinh vật thích ứng nhiệt độ thích hợpcho để sinh trưởng tạo sản phẩm Nên theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ hợp lý cho sự sinhtrưởng, tạo sản phẩm của sinh vật

• Tiếp thêm nguyên liệu và bổ sung các chất tiền thể : bổ sung nguyên liệu trong quá trình sảnxuất là cần thiết vì một số chất không thể đưa vào quy trình ngay từ đầu với nồng độ cao ví dụnhư đường vối một số quy trình tổng hợp một số chất cần phải bổ sung các tiền chất như tổnghợp vitamin B12

Ngoài ra còn thường xuyên theo dõi : trạng thái tế bào của chủng giống vi sinh vật, đọ tạp khuẩn, kiểmtra sự tiêu hao năng lượng, sự tạo thành sản phẩm trong quá trình lên men, và xác đinh thời gian củaquá trình lên men

- Thu hồi sản phẩm

+ Các sản phẩm của quá trình lên men thường được tích lũy trong tế bào hoặc trong dịch nuôi cấy+ Tách tế bào vi sinh vật ra khỏi pha lỏng của dịch lên men Với các vi sinh vật có cấu tạo hệ sợi nhưnấm tảo thì lọc vớt, với vi sinh vật đơn bào kích thước bé như nấm men, vi khuẩn thì bằng phwuongpháp ly tâm … v

Việc xử lý tiếp theo, sau thu hồi sản phẩm phụ thuộc vào mục tiêu công nghệ có thể sử dụng cácphương pháp chiết rút, sắc kí , điện di, phân tích quang phổ…

- Bao gói và thương mại:

Câu 9: Trình bày phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học in situ

Các kỹ thuật xử lý In situ:

các kỹ thuật này không cần đào, xúc đất và vận chuyển tới nơi xử lý, nhưng kỹ thuật này khó kiểm soát được và ít hiệu quả hơn ex situ

Trước khi tiến hành kỹ thuật này cần điều tra hệ vi sinh vật bản địa, điểu tra cấu trúc đất, nhiệt độ, độ

pH Xác định diện tích vùng ô nhiễm và hướng chảy của mạch nước ngầm

Kỹ thuật Bioventing ( thổi khí): các thiết bị

- Máy nén khí hoặc quạt gió nhỏ

- thiết bị giám sát Oxy (O2) không khí, với độ chính xác 0,5% ± hoặc ít hơn

- thiết bị giám sát carbon dioxide (CO2) không khí với độ chính xác 0,5% ± hoặc ít hơn

- In-line sampling và các thiết bị giám sát khác

Kỹ thuật này là phổ biến nhất trong xử lý Insitu Cần cung cấp không khí và các chất dinh dưỡng qua các giếng đất bị nhiễm bẩn để kích thích sự tăng sinh của các vi khuẩn bản địa Những sinh vật này sẽ làm việc để phân hủy các chất gây ô nhiễm, trong khí đó áp suất cao sẽ loại bỏ khí ra ngoài.Bioventing

sử dụng mức lưu lượng không khí thấp và chỉ cung cấp lượng ôxycần thiết để phân hủy sinh học trong khi giảm thiểu sự bay hơi của các chất nhiễm vào khí quyển kỹ thuật này xử lý được các hydrocacbonđơn giản và có thể được sử dụng nơi ô nhiễm sâu bên dướibề mặt

dòng nước ngầm nằm phía dưới vùng ô nhiễm.

Kỹ thuật Biosparging (tạo bọt sinh học)

Tương tự với Bioventing, chỉ khác là dòng nước ngầm nằm phía trên vùng bị ô nhiễm Trong kỹ thuật tại chỗ này, không khí (oxy) được bơm vào dưới mực nước ngầm để tăng nồng độ oxy nước ngầm và nâng cao tỷ lệ phân hủy sinh học của các chất gây ô nhiễm do vi khuẩn.Hệ thống này làm tăng trộn trong vùng bão hòa, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiếp xúc giữa oxy và đất và nước ngầm Dễ dàng và chi phí cài đặt thấp.các điểm bơm không khí có đường kính nhỏ cho phép linh hoạt trong thiết

kế và xây dựng hệ thống

Kỹ thuật bioaugmentation: bổ sung thêm các vsv bản địa hoặc vsv nhập vào các vị trí đất bị ô nhiễm.

Hai yếu tố hạn chế việc sử dụng thêm các vi sinh vật trong một đơn vị đất xử lý là (1) môi trường sống của vi sinh vật nhập khó cạnh tranh với vsv bản địa để phát triển và duy trì mức số lượng vsv hữuích và (2) hầu hết các loại đất tiếp xúc dài ngày với chất thải phân hủy sinh học thường có vi sinh vật bản địa là kẻ xử lý hiệu quả, nếu đơn vị đất đai xử lý được quản lý tốt

Injection recovery:

Câu 10: Trình bày phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học ex situ

Các kỹ thuật xử lý ex situ:

Trước khi tiến hành các kỹ thuật xử lý, cần phải kiểm tra khu vực bị ô nhiễm, xem là do nguyên nhân gì để đưa chất gì, sử dụng vi sinh vật nào và dùng phương pháp nào để xửa lý

Kỹ thuật phơi đất (Land farming): là một kỹ thuật đơn giản, trong đó đất bị ô nhiễm được

đào lên và trải rộng trên một mặt phẳng cho đến khi các chất ô nhiễm bị suy thoái.Mục đích là

để kích thích vi sinh vật bản địa và tạo điều kiện thuận lợi cho sự suy thoái hiếu khí các chất gây ô nhiễm kỹ thuật này giới hạn trong xử lý lớp đất bề mặt (khoảng: 10-35 cm)

Composting (Ủ phân): Trộn đất bị ô nhiễm với một lượng chất hữu cơ không có tính độc chất

thải phân hữu cơ hay nông nghiệp Sự hiện diện của các hữu cơ này sẽ hỗ trợ sự phát triển của một tập đoàn vi sinh vật phong phú và làm nhiệt độ tăng lên Bởi kỹ thuật này, các chất gây ô nhiễm hydrocarbon sẽ bị phân hủy bằng cả con đường sinh học hóa học

Kỹ thuật đống ủ (Biopiles):là một sự kết hợp của kỹ thuật phơi đất (Land farming) và Ủ phân

(composting) Kỹ thuật này được xây dựng như đống ủ có ga và được sử dụng trong xử lý các chất nhiễm bẩn bề mặt như hydrocarbon vòng thơm.Biopiles cung cấp một môi trường thuận lợi cho các hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí bản địa

Kỹ thuật rửa đất (land treatment): trải đất ô nhiễm lên lớp đất sét or lớp không thấm nước,

sau đó tưới dung dịch chứa nước + vi sinh vật + dinh dưỡng vào

Kỹ thuật bùn nhão (bio - slurry):bio - slurry có thể được định nghĩa như là một bể được sử

dụng để tạo ra ba pha (rắn, lỏng, khí), có khuấy trộn để tăng tốc độ xử lý sinh học của các chất gây ô nhiễm đất.Do việc tạo ra các điều kiện tối ưu dành cho môi trường và tỷ lệ khối lượng di chuyển cao trong bể, tốc độ xuống cấp của chất gây ô nhiễm là đáng kể điều kiện lò phản ứng (pH, mức Nito,khí đi ra, vv ) phải được theo dõi chặt chẽ

Câu 11: Các thông số đánh giá chất lượng nước? Nước thải là gì?

Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ Ph , mầu sắc, độ đục, hàm lượng các chấtrắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxi hòa tan, đặc biệt là chỉ số COD và BOD…

pH chỉ có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H+] pH là một chỉ tiêu cần được xác định đểđánh giá chất lượng nguồn nước Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước(sự kết tủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat…), các quá trình sinh học trong nước Giá trị pH củanguồn nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước pH được xác định bằng máy đo pH

2 Màu sắc

Nước nguyên chất không có màu Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước (thường là do chấthữu cơ (chất mùn hữu cơ – acid humic), một số ion vô cơ (sắt…), một số loài thủy sinh vật…Màusắc mang tính chất cảm quan và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng

Độ màu thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng là dung dịchK2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu) Độ màu của mẫu nướcnghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phương pháp trắc quang

Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước Các chất lơ lửng trong nước có thể có nguồngốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có kích thước thông thường từ 0,1 – 10 m Độđục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp.1 đơn vị độ đục

là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất Độ đục được đo bằng máy đo độđục (đục kế – turbidimeter) Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là NTU

Thang đo độ đục

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được (gọi

là độ trong) mà ở độ sâu đó người ta vẫn đọc được hàng chữ tiêu chuẩn Độ đục càng thấp chiềusâu của lớp nước còn thấy được càng lớn Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1

m (hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU) Theo qui định của TCVN, độ đục của nước sinh hoạt phải lớn

Các chất rắn trong nước có thể là những chất tan hoặc không tan Các chất này bao gồm cả nhữngchất vô cơ lẫn các chất hữu cơ Tổng hàm lượng các chất rắn (TS : Total Solids) là lượng khô tínhbằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở105oC cho tới khi khối lượng không đổi (đơn vị tính bằng mg/L)

Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng cácchất lơ lửng (SS : Suspended Solids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy

tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi.Đơn vị tính là mg/L.

6 LƯỢNG OXI HÒA TAN( DO)

Oxigen hòa tan trong nước (DO : Dissolved Oxygen) không tác dụng với nước về mặt hóa học.Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học củanguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật…

Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước Mọinguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định.Khi DO xuống đến khoảng 4 – 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong nước giảm mạnh Nếuhàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc nàydiễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước

Hàm lượng DO trong nước tuân theo định luật Henry, có nghĩa là nói chung độ tan giảm theo nhiệt

độ Ở nhiệt độ bình thường, độ hòa tan tới hạn của oxigen trong nước vào khoảng 8 mg O2/L.Khi một chất khí hòa tan trong nước đạt đến trạng thái cân bằng, ta có : g) = aq)

Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước Nếu trongnước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí(aerobic), còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơtrong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí (anaerobic)

7 NHU CẦU OXY HÓA HỌC

Nhu cầu oxigen hóa học (COD : Chemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết (cung cấpbởi các chất hóa học) để oxid hóa các chất hữu cơ trong nước Chất oxid hóa thường dùng làKMnO4 hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được qui đổi về lượng oxigen tương ứng ( 1 mg KMnO4

Các chất hữu cơ trong nước có hoạt tính hóa học khác nhau Khi bị oxid hóa không phải tất cả cácchất hữu cơ đều chuyển hóa thành nước và CO2 nên giá trị COD thu được khi xác định bằngphương pháp KMnO4 hoặc K2Cr2O7 thường nhỏ hơn giá trị COD lý thuyết nếu tính toán từ cácphản ứng hóa học đầy đủ Mặt khác, trong nước cũng có thể tồn tại một số chất vô cơ có tính khử

(như S2-, NO2-, Fe2+ …) cũng có thể phản ứng được với KMnO4 hoặc K2Cr2O7 làm sai lạc kết

Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxid hóa bằngcác chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm của nước) Việc xác định COD có ưu điểm làcho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng 2 giờ nếu dùng phương pháp bicromat hoặc 10 phút nếu dùngphương pháp permanganat)

8 NHU CẦU OXY SINH HÓA

Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD : Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết để vikhuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ Tương tự như COD, BOD cũng là một chỉ tiêudùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước (đơn vị tính cũng là mgO2/L) Trong môi trườngnước, khi quá trình oxid hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxigen hòa tan để oxid hóacác chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32-, SO42-,PO43- và cả NO3-

Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hoà tan trong nước (DO) Dovậy nhu cầu oxy hoá học và oxy sinh học cao sẽ làm giảm nồng độ DO của nước, có hại cho sinhvật nước và hệ sinh thái nước nói chung Nước thải hữu cơ, nước thải sinh hoạt và nước thải hoáchất là các tác nhân tạo ra các giá trị BOD và COD cao của môi trường nước

Câu 12: Phân tích các nguyên nhân gây ô nhiễm nước?

“Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn

nước và gây nguy hiểm cho con người, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã”

Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi

trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng Nước nhiem

mặn do thủy triều dâng, nhiễm phèn do quá trình phèn hóa trong đất, gặp nước phèn hòa tan

Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng

lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước

a Nước thải sinh hoạt

- Hộ gia đình, trường học, bệnh viện, khách sạn…

- Đặc điểm: thành phần gần như đồng nhất, hàm lượng các chất hữu cơ cao, dễ bị phân hủy sinh

học

- Phụ thuộc: chất lượng cuộc sống, lượng nước sử dụng…thành phần và lượng nước thải thay

đổi theo mùa

- Nước chưa qua xử lý xả thẳng vào sông ngòi thường gây nên hiện tượng phú dưỡng

b Nước thải công nghiệp và chế biến

Các ngành công nghiệp khác nhau thì nguồn nước thải cũng khác nhau Nước thải ở các

xí nghiệp chế biến da thì chứa nhiều kim loại nặng, chất tẩy rửa nước thải từ các nhà máychế biến hoa quả, thực phẩm chứa nhiêu chất hữu cơ…

c Nước thải nông nghiệp

Sử dụng quá nhiều thuốc tru sâu, thuốc trừ cỏ, phân bón hóa học nên dẫn đến tồn dư gây

ô nhiễm nước

d Nước ngấm qua, chảy tràn

Do nước mưa hoặc thoát nước từ đồng ruộng, ô nhiễm nước sông, ao, hồ…

Do nước rửa trôi qua khu dân cư nên bị ô nhiễm

e Nước thải thành phố

Tổng hợp của tất cả các loại nước thải

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm

vô cơ, ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý

Câu 13: Biện pháp xử lý nước thải: aerotank, lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, lọc kỵ khí (UASB).

1 Aerotank

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aeroten là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hìnhtròn và thong dụng là hình chữ nhật Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấyđảo nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trongnước

Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ hòa tan cùng các chất lơ lửng đivào aeroten Các chất lơ lửng là nơi vk bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặnbông (bùn hoạt tính)

Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aerotank qua 3 giai đoạn:

GĐ 2: VSV phát triển ổn định, hoạt lực enzyme đạt max và kéo dài trong thời gian tiếp theo

Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt max, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất

Tốc độ tiêu thụ oxi gần như không thay đối sau một thời gian khá dài

GĐ 3: tốc độ tiêu thụ oxi có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên

Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra

Sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc

1 Quá trình tăng sinh khối

2.Quá trình chuyển hóa cơ chất

 Oxi hóa và tổng hợp tb

Sinh khối

vsv

Chất hữu cơ + O2 + dinh dưỡng CO2 + H2O + phần không phân hủy sh

• Phân hủy nội bào

VSV + O2 CO2 + H2O + (N, P) + phần không phân hủy sinh học

3.Quá trình khử Nito và photpho

2 Lọc nhỏ giọt

Khái niệm: Lọc nhỏ giọt là những qui trình xử lý sinh học qua các màn phim cố định mà tại đó nướcthải đầu vào đã qua xử lý bậc một sẽ tự chảy xuống đáy của một khối lọc xốp theo dòng chảy chậmxuyên qua bề mặt và thấm vào khối lọc trước khi xuống đáy khối lọc

Nguyên lý:

• Dựa vào hoạt động của vi sinh vật trong nước thải oxi hóa các chất hữu cơ

• Cụ thể là cấu trúc màng sinh học là tập hợp các vsv hiếu khí, kỵ khí, và kỵ khí tùy tiện, vsvhiếu khí ở phần ngoài của mangfchungs phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc.Quá trình lọc nước thải:

Nước thải qua giá lọc được làm sạch và thu gom vào bể xa lắng 2 (có thể mang theo những mảnh vỡcủa màng )1 phần nước từ lắng 2 được quay lại làm loãng nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc.Oxi sinh hóa cho vsv oxi hóa lượng hữu cơ bằng cách khử BOD và loại bỏ chất rắn lơ lửng trong nướcThành phần gồm có

- Hệ thống phân phối nước

- Môi trường hệ thống thoát ngầm

- Kênh thoát nước

- Hệ thống bể lắng và bơm nước hồi quy

Nước được bơm vào môi trường, chảy qua lớp các vật liệu lọc, chia thành các dòng nhỏ, chảy thànhcác lớp mỏng qua các khe hở của vật liệu, chảy qua màng và vsv trong lớp màng nhầy giúp loại bỏCHC Giúp làm sạch nước

Khi thời gian lọc kéo dài, đến một lúc nào đó lớp nhầy vsv bám vào khối lọc sẽ bong ra nguyên nhân

là do, lớp vsv ngày càng dày lên và nặng hơn, tạo thành các khối có sự phát triển tb Lớp trong cùngcủa cấu trúc màng sinh học này là vsv kị khí sẽ bị chết và bong ra

Trong một thời gian nhất lớp màng này sẽ bị nước thải đầu vào cuốn chảy đến bể lắng bậc 2, tại đâycác khối này kết thành bùn ở đáy bể lớp nhầy vsv mới tiếp tục mọc lại tại vị trí của lớp nhầy củ vàquy trình lại lặp lại như cũ

Cần chú ý đến việc thông khí cho bể lọc nhỏ giọt nhằm cung cấp đủ không khí cho vsv, loại bỏ cácchất tạo thành khi phân hủy chất hữu cơ trong nước(CO2, H2S, CH4)

Chính quá trình chảy của nước qua hệ thống màng là nguồn cung cấp không khí chủ yếu cho hệ thốnglọc, nước chảy từ trên xuống dưới qua màng, làm không khí dao động, đảm bảo điều kiện hiếu khí chovsv hoạt động

Phần nước thải được xử lý bằng 2 cách

1 ít nước được hồi quy qua màng lọc nhỏ giọt nhằm tăng lượng vsv vì sau mỗi quá trình lọc hệ vsvtrên màng sẽ bị bong ra

1 phần được khử trùng hoặc cho qua đèn UV

Giai đoạn cuối nước thải qua hệ aerator oxy hòa tan tăng lên, nước lúc này đã đủ điều kiện thải vàosông hồ

3 Đĩa quay sinh học

Khái niệm: Là công trình của thiết bị xử lí nước thải bằng thuật màng sinh học dựa trên sự gắn kết của

vsv trên bề mặt của vật liệu

Nguyên tắc:

- Khi màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải sau đó tiếp xúc với oxy ra khỏiđĩa

- Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với không khí vừa tiếp xúc với chất hữu cơ

→ chất hữu cơ bị phân hủy nhanh

Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC hoặc PS, lắp trên một trục.Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần và quay chậm khi làm việc Đây là công trình xử línước thải bằng màng sinh học dựa trên sự sinh trưởng gắn kết của vsv trên bề mặt của các vật liệu đĩa Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với CHC trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxi khi ra khỏinước thải Đĩa quay được nhờ moto hoặc sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúcđược với không khí vừa tiếp xúc được với CHC trong nước thải

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học Khi bắt đầu vậhành các vsv trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đó cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởilớp màng nhầy dày chừng 0,16-0,32cm

Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm vi khuẩn kị khí tùy tiện như Pseudomonas,

Micrococcus, vsv hiếu khí như Bacillus thường ở lớp trên của màng

4 Bể USAB

• UASB là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức min là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý bằng UASB.

• UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên vàđược khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h) Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha

• Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí , tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này Hệ thống tách pha phía trên bê làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó thì các chất khí sẽ baylên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình

xử lý tiếp theo

• Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải…,

Ưu điểm

• Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD= 15000mg/l

• Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%

• Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống

Câu 14: Các vấn đề gặp phải trong aerotank và biện pháp khắc phục.

 1 Lớp bùn bị chảy ra ngoài theo dòng thải, không còn bùn lắng

Do chất hữu cơ quá tải giảm tải lượng hữu cơ

Do pH thấp thêm độ kiềm

Do sự tăng trưởng của vi nấm sợi thêm dinh dưỡng, thêm clo hay peroxyde để tuần hoàn

Do thiếu hụt dinh dưỡng thêm dinh dưỡng

Do độc tính xác định nguồn, bổ sung tiền xử lí

Do thông khí quá nhiều giảm thông khí trong thời gian lưu lượng thấp

 2 Một lượng lớn các hạt rắn nhờ rời khỏi bể lắng

Do bùn cũ giảm tuổi bùn, gia tăng tốc độ dòng thải

Do sự hỗn loạn quá mức giảm hỗn loạn, kiểm soát thổi khí lưu lượng thấp

 3.Một lượng lớn các phân tử trong mờ, nhô ra khỏi bể lắng

Do tốc độ tăng trưởng của bùn tăng tuổi bùn

Do bùn hoạt tính mới, yếu giảm nước thải

 4.Bùn lắng tốt nhưng lại nổi lên trên bề mặt trong time ngắn Do sự khử nitrat hóa: tăng tốc độtuần hoàn, điều chỉnh tuổi bùn để hạn chế sự nitrat Do thông khí quá mức: giảm thông khí

 5.Các vsv trong bùn hoạt tính chết trong time ngắn Do dòng vào chứa các chất độc tính: tách bùnhoạt tính, tuần hoàn tất cả chất rắn đang hiện diện, ngưng cung cấp chất thải, tăng tốc độ tuầnhoàn, bổ sung các chương trình tiền xử lí

 6.Bề mặt của bể hiếu khí bị bao phủ bởi lớp bọt nhờn dày Do bùn quá già: giảm tuổi bùn, tănglượng nước thải, sử dụng các chất bơm kiểm soát bùn

Do quá nhiều dầu và chất béo trong hệ thống: tăng cường loại hóa chất béo, sử dụngcác chất bơm kiểm soát bọt bổ sung các chương trình tiền xử lí

Do các vi khuẩn vám báng tạo bọt : loại bỏ vi khuẩn

 7.Xuất hiện những đám bọt lớn trên bề mặt hiếu khí Do bùn hoạt tính trẻ, lượng bùn ít: tăng tuổibùn, giảm cung cấp nước thải, sử dụng các chất bơm kiểm soát bọt

Do các chất tẩy rửa: hạn chế các hoạt động bề mặt, sử dụng các chất bơm kiểm soát

• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men:

1 Nguồn nguyên liệu

- Các loại bột ngũ cốc và bột sắn có thể được dùng trực tiếp làm thành phần của môi trường dinhdưỡng cho các chủng VSV sinh enzyme amylase ngoại bào Đối với các chủng VSV khác thì còn quamột giai đoạn thủy phân thành dung dịch đường rồi mới dùng để chuẩn bị môi trường dinh dưỡng

- Các loại mật, rỉ - dịch đường: mật rỉ hydrol (thu được sau khi kết tinh glucose ở các xí nghiệp thủyphân tinh bột bằng acid để sản xuất glucose) có 40-50% glucose, rỉ đường (nước cốt được tách ra saukhi kết tinh đường) có 70-80% chất khô trong đó saccarose chiếm 46-54%

=> Kích thích sinh trưởng VSV, nhưng nếu dùng rỉ đường với nồng độ cao thì sinh trưởng của cácchủng VSV bị kìm hãm vì trong rỉ đường có chứa chất ức chế như SO2, hydroxy-metyl-furfural

- Các nguồn nguyên liệu giàu nitơ hữu cơ

+ bột đậu tương (40% protein và 19% chất béo) có đầy đủ acid amin

+ nước chiết ngô và cao ngô sử dụng để pha chế môi trường dinh dưỡng

+ nước chiết nấm men và cao nấm men giàu aa, peptide, VTM nhóm B và chất khoáng

=> nguồn cung cấp nitơ cho môi trường dinh dưỡng

- Các nguồn chất sinh trưởng: nước chiết cám, dịch ép khoai tây, các dịch ép giá đỗ, dịch ép cà chua,bắp cải và một số rau quả khác chứa nhiều VTM, aa

=> nguồn kích thích sinh trưởng trong nuôi cấy VSV

- Chất béo: dầu thực vật (dầu lạc, dầu ngô, dầu đậu tương…)

=> nguồn cung cấp carbon và có tác dụng phá bọt

+) trong quá trình lên men có trường hợp phải thay đổi pH tối ưu theo pha sinh trưởng và pha tích tụsản phẩm

+) một số VSV có khả năng tự điều chỉnh pH của môi trường

- Ảnh hưởng của oxy:

+) oxy là yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của VSV hiếu khí cũng như quá trìnhtrao đổi chất trong tế bào

+) nuôi cấy hệ VSV hiếu khí cần sự tiếp xúc với không khí

+) tế bào sử dụng oxy để hô hấp và làm giảm lượng oxy trong môi trường Lên men hiếu khí phải cungcấp oxy một cách đều đặn Thiếu oxy nhất thời tại một thời điểm nào đó trong môi trường sẽ đưa đến

sự phá vỡ trao đổi chất trong tế bào trong môi trường dinh dưỡng ảnh hưởng lớn đến sự trao đổi chất

và phát

+) nếu trong môi trường có các chất oxy hóa thì có thể nuôi cấy VSV mà không cần cung cấp oxy =>

hệ oxy hóa-khử trong môi trường là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phát triển củaVSV và quá trình trao đổi chất của tế bào

3 Loại VSV tham gia

+) dịch giống VSV không được tạp nhiễm bất cứ VSV nào đặc biệt là phage

+) các tế bào phải đảm bảo ở độ tuổi sinh lý, ở thời gian sinh trưởng tốt nhất, có hoạt tính cao nhất+) các thông số kỹ thuật như OD, pH, màu sắc, mùi vị đúng như quy định trên từng dây chuyền côngnghệ

Câu 16 : Rượu vang là gì? Hãy cho biết quá trình công nghệ sản xuất rượu vang từ dịch nước quả?

- Khái niệm: Rượu vang là sản phẩm lên men rượu từ hoa quả mà không thông qua giai đoạn chưngcất Rượu Vang được xem là những thức uống tự nhiên có lợi cho sức khỏe vì thực chất chỉ là nướctrái cây lên men, có thể dùng làm thức uống hoặc pha chế tạo thành các dạng cocktail.

Công nghệ sản xuất rượu vang từ dịch nước quả

1 Nguyênliệu:

Các loại quả: nho, mận, mơ, dứa…

Nguyên liệu bổ sung như: đường, nước, axit

Các phụ gia khác: SO2, các Enzim, chất trợ lắng trợ lọc

Lên men là quá trình trao đổi chất dưới tác dụng của enzim tương ứng gọi là tác dụng sinh học

Nấm men thường sử dụng trong lên men rượu vang:

-Saccharomyces cerevisiae: có khả năng lên men ở nhiệt độ cao 28 – 32 có năng lực lên men mạnh,biến đường thành rượu nhanh và hoàn toàn

-Saccharomyces vini: phổ biến trong quá trình lên men nước quả chiếm tới 80% trongtổngsốSaccharomyces

- Saccharomyces uvarum:

+ Về hình thái nó không khác với các loài khác

+ Độcồn: 12- 13% so với thể tích

- Saccharomyces chevalieri:

+ Được tách từ nước nho lên men tự nhiên, từ vang non.Độ cồn: 16

- Saccharomyces oviformis: có khả năng chịu được đường cao, cồn cao, lên men kiệt đường và tạothành tới 18 độ cồn

Có hai giai đoạn lên men

¸ Lên men chính ở nhiệt độ từ 20-30˚C khoảng 10 ngày hoặc dài hơn Trong thời gian này nấm menhoạt động mạnh nhất, tiêu thụ nguyên liệu (đường, đạm, vitamin) mạnh, biến đường thành rượu, giảiphóng CO2 Kết thúc giai đoạn này thành phần nước quả thay đổi rất lớn và ta được “rượu non”

¸ Lên men phụ ở nhiệt độ từ 15-18˚C Khi được “rượu non”, ta tiếp tục cho lên men, nhưng ở giai đoạnnày quá trình lên men xảy ra không ồ ạt, người ta còn gọi là lên men phụ, phân hủy những gam đườngcuối cùng có trong dịch lên men Đồng thời ở giai đoạn này có quá trình lên men malolactic Kết quả

của quá trình này, acid malic chuyển thành axit lactic, làm cho rượu chuyển từ vị chua gắt sang vị chuanhẹ dễ chịu (của acid lactic), CO2 còn được tiếp tục giải phóng nhưng có xu hướng ít dần.

4 Tàng trữ và làm già rượu

Quá trình tàng trữ thực chất là quá trình lên men từ từ, cường độ nhỏ nhằm phân huỷ

thêm một lượng đường nhỏ còn sót trong rượu sau quá trình lên men, đồng thời giúp ổn

định hương vị, tạo điều kiện kết lắng protein và pectin làm tăng cường chất lượng rượu

Lắng trong và tàng trữ thực chất là hai quá trình xảy ra đồng thời giúp cho rượu vang ổn

định và nâng cao chất lượng

Sau khi tàng trữ rượu khá trong, có thành phần khá ổn định và hương vị thơm ngon của vang đã đượcthể hiện rõ rệt

Một số quy trình sản xuất rượu vang